第四章-第五章-机械中的摩擦和机械效率--习题及答案

第四章第五章机械中的摩擦和机械效率1什么是摩擦角？移动副中总反力是如何定的？2何谓当量摩擦系数及当量摩擦角？引入它们的目的是什么？3矩形螺纹和三角形螺纹螺旋副各有何特点？各适用于何种场合？4何谓摩擦圆？摩擦圆的大小与哪些因素有关？5为什么实际设计中采用空心的轴端？6何谓机械效率？7效率高低的实际意义是什么？8何谓实际机械、理想机械？两者有何区别？9什么叫自锁？10在什么情况下移动副、转动副会发生自锁？11机械效率小于零的物理意义是什么？12工作阻力小于零的物理意义是什么？13从受力的观点来看，机械自锁的条件是什么？14机械系统正行程、反行程的机械效率是否相等？为什么？15移动副的自锁条件是；转动副的自锁条件是；螺旋副的自锁条件是。16机械传动中，V带比平带应用广泛，从摩擦的角度来看，主要原因是。17普通螺纹的摩擦矩形螺纹的摩擦，因此，前者多用于（传动、紧固联接）。18影响当量摩擦系数的因素有。19如图所示由A、B、C、D四台机器构成的机械系统，设各单机效率分别为ηA,ηB,ηC,ηD,机器B、D的输出功率分别为NB,ND（1）该机械系统是串联，并联还是混联？（2）写出该系统输入总功率N的计算式。20在如图所示的曲柄滑块机构中，已知各构件尺寸、作用在滑块上的水平驱动力F、各转动副处摩擦圆（图中用虚线表示）及移动副的摩擦角φ，不计各构件的惯性力和重力，试作出各构件的受力分析。21图示楔块夹紧机构，各摩擦面的摩擦系数为f，正行程时Q为阻抗力，P为驱动力。试求：(1)反行程自锁时α角应满足什么条件？（2）该机构正行程的机械效率η。22如图所示为由齿轮机构组成的双路传动，已知两路输出功率相同，锥齿轮传动效率η1=0.97，圆柱齿轮传动效率η2=0.98，轴承摩擦不计，试计算该传动装置的总效率η。23在图示铰链机构中，铰链处各细线圆为摩擦圆，dM为驱动力矩，rP为生产阻力。在图上画出下列约束反力的方向与作用位置：12R、32R、43R、41R。24在图示的制动装置中，构件4是待制动转子，其上作用着已知转矩rM，机构中各转动副A、B、C、D处的摩擦圆半径均为，凸轮1与摆杆2在E点的摩擦角为，制动块3与转子4的摩擦圆半径为r(、、r如图示)。试在机构图中画出在制动过程中各运动副(包括3与4之间)的总反力(指向及作用线位置)，并写出求解作用在凸轮1上的制动力P的方法步骤。（注：图中细线表示摩擦圆）25图示的高副机构中，1M是作用在主动构件1上的驱动力矩，Q是作用在从动件2上的阻力。设已知构件1、2在接触点P的摩擦角及A、B两铰链的摩擦圆(如图所示)，试在图中画出运动副反力21R，31R，12R，32R的方向线(包括位置、指向)。26在例5-4图（a）所示的机构中，已知各构件的尺寸及机构的位置，长度比例尺为l（m/mm），各转动副处的摩擦圆如图中的虚线圆，移动副及凸轮高副处的摩擦角为，凸轮顺时针转动，作用在构件4上的工作阻力为Q。若不计各构件的重力和惯性力，试求：（１）在图示位置各运动副的反力；（２）在图示位置需施加于凸轮上的驱动力矩M1；（３）机构在图示位置的机械效率η。27图示为机械手抓料机构。图中各铰链处用细线所画小圆为摩擦圆。已知吊爪在D处与重物Q之间的摩擦角为30o，试画出在机械手抓起重物以后的情况下，以5给3的力为主动力时，作用在构件3上的各力的作用线及方向，并列出其力平衡矢量方程式，画出力多边形。图示比例尺5mm/mml。''28图示手压机机构运动简图。运动副A、B、C处的摩擦圆(以细线圆表示)及移动副的摩擦角如图示。作用于构件1上的驱动力P=500N。试用图解法作：(1)在该简图上画出各运动副的总反力作用线及指向；(2)写出构件1、3的力矢量方程式；(3)画出机构的力多边形(p=10Nmm);(4)计算压紧力Q之值。29图示为破碎机在破碎物料时的机构位置图，破碎物料4假设为球形。已知各转动副处的摩擦圆(以细线圆表示)及滑动摩擦角如图所示。试：(1)在图中画出各转动副处反力及球料4作用于构件3上反力的作用线及方向；(2)导出球料不被向外挤出(即自锁)时的角条件。30图示焊接用的楔形夹具，1、1'为焊接工件，2为夹具体，3为楔块，各接触面间摩擦系数均为f。(1)画出楔块在夹紧力作用下向外退出(称反行程)时的受力图及力多边形，写出反行程中阻力P的计算式；(2)导出反行程的自锁条件。第四章第五章机械中的摩擦和机械效率15移动副的自所条件是βφ；转动副的自所条件是α≤ρ；螺旋副的自所条件是λ≤φ。16机械传动中，V带比平带应用广泛，从摩擦的角度来看，主要原因是V带为槽面摩擦,fv大。17普通螺纹的摩擦大于矩形螺纹的摩擦，因此，前者多用于紧固联接（传动、紧固联接）。18影响当量摩擦系数的因素有接触面间的摩擦系数f和接触面的几何形状。19（1）该机械系统是混联（2）2021（1）反行程自锁时α角应满足α≤2φ（2）该机构正行程的机械效率η。22η=0.950623（1）根据构件间的相对运动关系和平衡条件，确定各运动副中总反力的作用线位置和方向；（2）从二力杆开始进行机构的力分析。解：（1）构件2受力分析构件2为二力杆，且为拉杆，可初步判断出12R、32R的大致方向，再由12R对C点的力矩与21反向，32R对B点的力矩与23反向，可以判断出切点。注意：12213223RRRR（2）构件1受力分析构件1为力矩平衡，这样可知41R与21R大小相等，方向相反，构成力偶与dM平衡。然后根据41R对D点的矩与14反向可判断出41R的切点。（3）构件3受力分析构件3受三力平衡，故三力应汇交一点。23430rRRP，可大致画出力多边形，判断出43R的大致方向，然后由43R对A点矩与34反向原则，判断出43R的切点。24(1)作出各运动副反力的作用线如图。(2)求解P的方法与步骤：(a)由转子4的力平衡条件画出34R和54R，由已知Mr求出34R=lMr。l为34R和54R间的距离；(b)由构件2的力平衡条件画力三角形，求出R12(其中32R34R)(c)由凸轮1的力平衡条件画力三角形，求出P。(其中21R12R)25（1）构件1为力矩平衡；（2）构件2为三力平衡；（3）作出R12，R31，R21，R32作用线。26解题要点：（ｌ）首先，分析并标出各构件间的相对运动方向；（２）其次，关键是确定运动副中总反力的方向；（３）然后，从二力杆开始进行各构件的受力分析。解：（１）求各运动副的反力根据机构的运动情况和力的平衡条件，可确定各运动副总反力的作用线位置和方向如例题干图所示，分别取构件２、４为示力体，列出力平衡方程式为构件２1232520RRR构件４34540RRQ而34432332RRRR根据上述３个力平衡方程式，选取力比例尺F（N/mm）作力多边形abcd，如下图所示。由图可得各总反力iiFRR，其中iR为力多边形中第i个力的图上长度（mm）。（２）求需施加于凸轮１上的的驱动力矩M1由凸轮１的平衡条件可得12121lFlMRlRl（N·m）式中，l为21R与51R两方向线的图上距离，单位为mm。（３）求机械效率由机械效率计算公式0drMM，先求理想状态下需施加于凸轮１上的驱动力矩01M。为此，取同样的力比例尺F作出机构在不考虑摩擦状态下，即0f，0，0，各运动副反力（即正压力）的力多边形0000abcd，如下图（c）所示。由图可得正压力021R的大小为002121FRR（N）再由凸轮１的力平衡条件可得0001210210lFlMRlRl（N·m）式中，0l为021R与051R两方向线的图上距离（mm）。因此，该机构在图示位置的瞬时机械效率为001121021()MMRlRl27(1)作出三个运动副反力作用线如图(2)构件3力平衡方程式：0432353RRR(3)作力三角形。28(1)画出运动副反力的作用线如图a(2)矢量方程式：构件1：P+21R+41R=0构件3：23R+43R+Q=0(3)作出力多边形,见图b(4)压紧力Q=7010=700N(a)(b)29(1)作出各运动副反力的作用线如图。(2)自锁条件分析：(a)画出球料的受力图。(b)自锁时的力条件R34cos()=R54cos(1)R34sin()R54sin(2)联立(1)、(2)式解出：tg()tg,,2或直接由图上得出R34应作用在与nn线成角的范围内，即,230(1)作出受力分析图(2)块3的受力分析13230PRR按正弦定理cos)90sin()2sin(2323RRPcos)2sin(23RP(3)自锁条件sincos)2sin(0PP若0，有2为自锁条件，或0P，2。